当电磁辐射穿过生物有机体时能量会被吸收,如果能量过大将会造成有机体危害,即人们常说的电磁污染。自然界中存在的带有电荷的云层、空间电荷及各种高压电线等使得电磁环境日益改变而成为重要的电磁毒害污染源,破坏生态系统的平衡与发展,对植物和动物施加着强大的选择压力。前人对电磁生物学影响有一定研究,但很少涉及对昆虫的长期胁迫,,以及以一种生物为模式生物对电磁生物学效应进行较为系统的研究;同时因为缺少足够的生物材料和实验中存在误差等颇受争议。麦长管蚜Sitobion avenae(Fabricius),具有典型的R对策特征,能快速适应环境而进化,成为应对环境胁迫的很好的实验材料;短期电场、磁场胁迫对蚜虫如何反应,长期电磁、场对蚜虫遗传进化有何影响,蚜虫在此胁迫下微进化机制如何等等,这些电场和磁场的直接生物学效应研究对环境胁迫压力下物种进化具有重要的理论意义,并对利用物理防治害虫等方面具有重要的实用价值。而粘虫Mythimna separata(Walker)具有的密度依赖型和地磁定向特性,可探索电场、磁场胁迫下植物的养分、叶面积受损对以植物为生的昆虫在食料等减少的情况下相对密度的增加,导致的密度制约性现象研究,从而作为研究磁场对生物间接生物学效应的对象,为变化的地磁环境与粘虫的地磁导航提供研究基础。基于上述科学问题,本研究以麦长管蚜为研究对象,实验室条件下研究短期磁场处理对麦长管蚜生长发育和种群的变化,长期电场胁迫下麦长管蚜体内抗氧化酶体系和羧酸酯酶的活性变化和DNA水平上的基因变异,探索电场和磁场对昆虫的直接生物学效应和初始的微进化机制和防御机制;以粘虫为研究对象,在实验室条件下研究生长阻抑因子GBP(Growth-blocking peptide)表达量的变化对粘虫生物密度胁迫的防御机制,为探索磁场胁迫对昆虫的间接生物学效应和初始防御机制提供了研究基础。主要研究结论如下:1、不同电场强度(0 k V/cm,2 k V/cm,4 k V/cm,6 k V/cm)连续30代长期胁迫对麦长管蚜生长发育和种群参数净增殖率(R0)和内禀增长率(R)有显著影响。利用曲线拟合对抑制作用进行趋势分析,4 k V/cm的成虫存活率曲线峰值均低于对照。内禀增长率随着世代的增加呈现波动性变化,但均在第6代辐射达到最低。表明电场长期胁迫抑制麦长管蚜的生存和繁殖;4 k V/cm的强度处理为影响生殖发育的敏感阈值;第6代是电场长期胁迫的关键世代;2、长期电场胁迫仅4 k V/cm酶活与对照有显著性差异。麦长管蚜体内超氧化物歧化酶SOD活性和羧酸酯酶Car E活性,随着世代的增加呈现波动性变化,但总体呈现增加趋势且活性值高于对照。过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著低于对照,连续6代处理时活性值达到最大。表明电场长期胁迫SOD的防御作用和Care的解毒作用显著;CAT的防御作用显著,而POD的活性受到抑制,第6代是它们活性抑制的关键世代;4 k V/cm的强度处理为影响酶活性的敏感阈值。3、利用SSR进行标记研究长期胁迫对麦长管蚜种群遗传分化的影响:连续30代胁迫研究表明电场胁迫对蚜虫具有遗传毒害效应,遗传一致度和聚类分析表明,低强度(2k V/cm)与对照的遗传分化差异最小,其次是高强度(6 k V/cm),中等强度4 k V/cm与其他电场处理种群分化程度差异最大,毒害作用最强。表明4k V是电场产生遗传毒害作用的关键剂量。4、短期磁场胁迫对麦长管蚜生长发育和种群参数有显著的影响:0.176 T和0.065 T辐射四个不同时间(15 min,30 min,60 min,120 min),成虫发育历期,存活率和内禀增长率分别在0.176 T-30 min和0.065 T-60 min时达到各自处理强度的最低值;0.065 T-60 min存活率,成虫发育历期和内禀增长率低于0.176 T-30 min处理组合的各参数值。表明磁场短期胁迫对麦长管蚜的发育具有毒害作用,而由于磁场的阈值强度和辐射时间的剂量效应,这种毒害作用也存在辐射时间和辐射强度上的交互作用,且低强度长时间辐射比高强度短时间辐射对蚜虫的毒害作用更强。5、麦长管蚜磁性物质的检测:磁滞回线的测定发现,麦长管蚜在正负60000Oe范围内,磁滞回线呈闭合状态,且都有闭合空间,即存在矫顽力,说明蚜虫体内检测到磁性物质的存在,为蚜虫对生物具有电磁生物学效应提供了物质基础。6、不同生物密度饲养三龄,四龄和五龄粘虫:随着密度升高,体重逐渐减少,GBP表达量逐渐升高并在4头/瓶达到最大值。表明GBP阻碍粘虫的生长发育,4头/瓶是GBP基因调控的一个关键点。体外合成蛋白GBP的注射:同一密度注射格氏溶液Ringer’s和注射GBP相比,注射GBP后体色灰度值减小,体色越深,说明高浓度的GBP加速体色的变异。综上所述:以蚜虫作为研究对象,连续30代电场辐射,长期电场辐射的直接电生物学效应从进化的角度对生殖发育,酶活性和基因变异方面进行分析;短期磁场污染对蚜虫的直接磁生物学效应从种群参数的变化和磁滞回线的方面进行分析。结果表明从短期胁迫和长期进化方面而言,电场胁迫影响蚜虫的遗传进化,磁场中磁滞回线的检测为其直接的磁生物学效应提供物质基础,即麦长管蚜均可作为研究电场辐射和磁场研究的生物,这也扩大磁场和电场辐射对生物影响的研究范围。另外,将GBP作为一个新的出发点,探索密度胁迫的黑化机制,为具有地磁定向特性的群体迁飞性粘虫的间接磁生物学效应以及变化的地磁环境和粘虫地磁导航的关系提供了研究基础。